Exoplanètes. Recherche semblables dans l'espace

2011/09/01 Lakar Iraizoz, Oihane - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Kepler-11 est l'une des grandes découvertes du télescope Kepler, un système d'au moins six planètes tournant autour d'une étoile semblable au Soleil. Ed. : NASA/Tim Pyle.

Elle s'appelle exoplanète les planètes extrasolaires et, comme le dit l'astrophysicien Enric Pallé de l'Institut Canarien d'Astrophysique, "en ce moment, tous les jours se trouvent de nouvelles exoplanètes, je ne serais pas surpris si dans cinq ans nous connaissions 20-25 mille exoplanètes".

La plupart des exoplanètes connues, et qui seront connues à partir de maintenant, sont des géants gazeux comme Jupiter et Saturne, "parce que, sinon, ils sont plus facilement détectés - explique Pallék--, en fait, les deux tiers des planètes que nous rencontrerons seront de ce type de géants".

Pour Rafael Bachiller, directeur de l'Observatoire national d'astronomie, "il n'est pas surprenant que les premières qui sont identifiés sont les plus grandes planètes. De plus, étant donné qu'ils ne sont pas identifiés par observation directe, mais par les perturbations qui affectent leur propre étoile ». C'est-à-dire que si, en regardant une étoile donnée, on mesure des incidences sur son orbite ou sur sa luminosité, on interprète qu'elle a une planète autour.

En fait, si une étoile a autour d'elle une planète, sa force de gravité peut attirer l'étoile et la détourner un peu de l'orbite normale. De la même manière, si une planète passe à la hauteur de son étoile, celle-ci donnera une luminosité moindre en raison de la petite éclipse provoquée par la planète, connue en astronomie comme le transit. Plus une planète est grande et plus elle est proche de son étoile, plus son influence y est évidente.

Kepler, chercheur spécifique de planètes

En 2009, la NASA mit en orbite le télescope Kepler et ne lui assigna plus de travail que de chercher des exoplanètes. Kepler observe les transits et regarde tout le temps à la zone où se trouvent les constellations de Lyra et Cygnus. Il analyse ainsi en permanence plus de 100.000 étoiles, s'il détecte une anomalie dans sa luminosité. Le télescope dispose d'un photomètre de près d'un mètre qui permet de détecter des changements de luminosité avec une résolution de 1/10.000. Par exemple, il serait capable de détecter la chute de lumière dans la lumière qui émet 10.000 ampoules si l'une d'elles s'éteignait.

Une planète géante de gaz (le hot Jupiter) qui tourne autour de son étoile pendant dix heures. Ed. : NASA, ESA, A. Schaller (SISCI).

Kepler n'a pas été la seule mission qui a trouvé des planètes en dehors du système solaire. D'autres missions et projets ont permis de trouver les exoplanètes connues jusqu'ici, comme AFOE, CoRoT, AXA et Spitzer. Contrairement à Kepler, ils effectuent également des mesures et des observations à d'autres fins. Il s'agit d'une mission qui a exigé de grands investissements et où circulent des dispositifs de grande capacité. Par conséquent, « il n'est pas viable qu'un télescope de huit mètres avec un coût de millions d'euros, par exemple, ne concerne qu'une petite zone de l'espace », explique Pallé.

Pour lui, Kepler est, par son dévouement, "la mission qui donne le plus d'informations sur les exoplanètes". En fait, il a trouvé 1325 planétaires dans la première période de quatre mois où il a travaillé. Pour le moment, la plupart ne sont que des planétaires, car ils n'ont pas pu confirmer la diminution de la luminosité mesurée par Kepler qui a vraiment été provoquée par une planète ou un autre phénomène. Cependant, les experts prévoient qu'environ 90% des planètes seront authentiques.

Bien que l'objectif de Kepler est de rechercher toutes les planètes de la région, la NASA a un défi particulier avec ce projet: Il cherche surtout des planètes semblables à la Terre et, dans la mesure du possible, qu'elles soient à une distance adéquate de l'étoile pour être vivantes (c'est-à-dire qu'en cas d'eau, elles puissent avoir cette eau à l'état liquide). En fait, les experts en général affirment que l'objectif ultime de toutes les recherches liées aux exoplanètes est de clarifier par des méthodes scientifiques si nous sommes seuls ou non dans l'univers. Et, pour Enric Pallé, « la nôtre sera la première génération avec des outils pour répondre à cette question ». Parallèlement, ils veulent comparer notre planète avec notre système solaire et voir s'ils sont des phénomènes rares ou très communs dans l'univers.

Quand ils ont lancé la mission Kepler, les chercheurs ont pensé que la meilleure façon de trouver des planètes semblables à la Terre serait de regarder des étoiles semblables au Soleil. Cependant, « l'une des grandes surprises que nous avons eues dans l'étude des planètes en dehors du système solaire a été de constater qu'elles peuvent être autour d'étoiles de toutes sortes, jeunes ou anciennes, petites ou grandes, de grande ou moindre luminosité… », explique l'astronome Bachiller.

Non seulement ils ont eu des surprises dans les types d'étoiles qui ont les planètes, mais ils ont déjà trouvé plusieurs systèmes planétaires, à savoir des étoiles avec plusieurs planètes autour, qui ont également vu qu'ils sont différents de notre système solaire: "Dans notre système, nous avons huit planètes, quatre roches près de l'étoile et quatre autres éloignés, deux géants gazeux. Car dans les systèmes trouvés par Kepler il y a tout : parfois les géants gazeux sont plus proches de l'étoile, parfois toutes les planètes sont groupées autour d'elle, parfois plus dispersés que les nôtres, etc. ", explique Pallé.

La découverte des planètes a parfois supposé la révision des théories sur la formation des planètes. Pallé donne un exemple: Jusqu'à ce qu'ils aient été trouvés, on pensait qu'il n'était pas possible que les planètes de la taille de Jupiter soient proches de leur étoile. Car ils ont trouvé une planète géante gazeuse près de leur étoile, à moins de distance du Soleil à Mercure. Ensuite, ils ont dû revoir les théories sur la formation des planètes et maintenant une autre théorie est en vigueur, celle des migrations. On croit que les géants gazeux se sont formés en réalité plus loin, mais les perturbations dans l'évolution ont fait qu'ils se sont rapprochés de l'étoile. Si sur le chemin j'avais trouvé une planète rocheuse plus petite, je l'aurais fait, donc on croit que si près d'une étoile il y a une planète géante gazeuse (connue sous le nom de Jupiter hot), il n'y aura pas de planète rocheuse dans la zone où il peut y avoir la vie ».

Image artistique du satellite Kepler. Ed. : Mission NASA/Kepler/Wendy Stenzel.

Cependant, Pallé pense que « il y a encore beaucoup de place pour trouver des surprises ; l'exploration des exoplanètes n'a fait que commencer. Maintenant ce que nous voyons n'est que l'extrémité de l'izeberg".

Cherchant des indices de vie face aux atmosphères

Identifier les planètes ne suffit pas pour les astronomes et les astrophysiques. La connaissance de la façon dont ces planètes sont considérées comme fondamentales. Et pour cela, il est indispensable de regarder directement les planètes. Cette caractérisation des planètes comprend également la clarification de la présence des êtres vivants. « Pour cela, nous regardons les atmosphères des planètes », dit Pallé. En fait, s'il y a des êtres vivants sur une planète donnée, l'atmosphère aura ses traces, de sorte que la connaissance de la composition des atmosphères est considérée comme une forme de recherche d'êtres vivants.

Cependant, en dirigeant les télescopes vers des étoiles éloignées de nous, la lumière des étoiles est aveugle et n'est pas capable de voir des planètes voisines. Les scientifiques ont deux façons de résoudre ce problème. Une, couvrir la lumière de l'étoile par des méthodes expérimentales qui permettent de détecter la lumière réfléchie par les planètes, et une autre, attendre que la planète passe avant l'étoile et puis voir la lumière qui traverse l'atmosphère de la planète.

Si une planète est rocheuse, en passant devant l'étoile, vous verrez une planète opaque, mais son atmosphère laissera passer la lumière de l'étoile. Comme les gaz de l'atmosphère absorbent une partie de la lumière de l'étoile, en analysant le spectre de la lumière qui laisse passer, vous pouvez connaître sa composition. "Ainsi nous pouvons voir, par exemple, si dans les atmosphères il y a sodium, potassium, méthane, etc. ", décrit Pallé.

Cependant, ces études atmosphériques ne peuvent pas être effectuées par les missions en orbite. Comme l'a expliqué Pallé, « on ne peut le faire que depuis la Terre, parce que pour cela on a besoin de spectrographes, et maintenant dans l'espace il n'y a que des compteurs de photons. Ils seront plus tard, et nous obtiendrons alors de meilleurs résultats des observations faites depuis l'espace. En définitive, la relation entre les objectifs à atteindre et l'investissement réalisé pour cela détermine et délimite quels résultats peuvent être obtenus».

Grand télescope des Canaries (GTC). Pour l'instant, certaines recherches sur les exoplanètes ne peuvent être effectuées que depuis la Terre. Ed. : Pablo Bonet/Institut d'Astrophysique des Canaries.

Ainsi, lorsque vous voulez trouver de nombreuses planètes, « l'idéal est d'aller dans l'espace, car les changements de luminosité peuvent être détectés avec beaucoup plus de précision, car la distorsion que l'atmosphère peut causer est éliminée - dit Pallék--. Cependant, si l'objectif est de caractériser les planètes, nous recourons à des planètes proches des étoiles très proches de nous. Ainsi, beaucoup de lumière nous vient d'eux, ce qui facilite l'analyse des atmosphères ».

Un avenir prospère à venir

Compte tenu de la vitesse à laquelle les progrès sont en cours, Pallé pense qu'il y aura de grands progrès dans un avenir proche liés aux exoplanètes: J'espère qu'il y aura au moins une planète vivant dans les 2-5 ans. C'est, assez petit pour être rocheux et vous êtes à une distance appropriée de l'étoile. Puis, en regardant, il peut être une boule d'acier ou de diamant ou, par exemple, une planète comme Mars ».

Cette dernière étape, caractériser les planètes de cette taille, “nous serons en mesure de donner pendant deux ou trois décennies. C'est, à mon avis, le principal titulaire: Pendant deux ou trois décennies, nous serons en mesure de trouver la vie dans notre environnement proche. Tant qu'il y a la vie".

Planètes errantes, pas la planète ni les étoiles

La plupart des planètes connues en dehors du système solaire sont des planètes qui tournent autour d'autres étoiles. Dernièrement, cependant, les astronomes découvrent des planètes qui circulent librement dans l'espace. Dans la revue Nature, par exemple, un groupe de chercheurs de l'Université Osaka du Japon fait connaître 10 planètes errantes de ce type.

L'Institut d'astrophysique des Canaries analyse également les planètes errantes: « Notre équipe de recherche travaille sur l'observation et la caractérisation de ces objets qui sont dans l'espace sans but », explique l'astrophysique Enric Pallé. Cependant, au lieu des planètes errantes, l'Institut est appelé objets de la masse planétaire.

(Photo: NASA/JPL-CALTECH/R. Jan)

Et c'est que les experts ne savent toujours pas si ces objets qui ne tournent pas autour d'une étoile sont vraiment des planètes. Comme le dit Pallé, "le plus grand doute sur ces corps est comment ils ont été créés". Les experts voient deux options possibles. L'une est de créer les planètes telles qu'elles sont créées, c'est-à-dire de créer autour d'une étoile, puis de sortir du système de l'étoile à la suite de l'interaction étoile et de la planète. L'autre option est de créer les étoiles telles qu'elles se forment, c'est-à-dire lorsqu'un petit nuage de gaz est condensé.

Même s'ils sont comme des étoiles, étant des objets de petite masse, ils ne sont pas capables de provoquer des réactions nucléaires en leur sein, de sorte qu'ils ne peuvent pas être considérés comme des étoiles. Le nom de planète n'est pas tout à fait légitime de la part des experts, car « normalement on appelle planète les corps créés sur le disque qui entoure une étoile et qui tournent autour d'elle », explique Pallé.

La recherche de ces objets, logiquement, n'a pas pour objet de rechercher des êtres vivants en dehors de la Terre. Dit Pallé : Ils nous aideront à mieux comprendre l'origine des planètes. Les modèles que nous générerons des observations faites nous diront comment ils se produisent, à quelle fréquence et où nous pouvons trouver les planètes, si nous pouvons nous attendre à rencontrer une planète rocheuse autour de ces étoiles, etc. ".